CN111322667B - 绿色建筑辅助制热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高纬度及极地的绿色建筑辅助制热系统及搭建方法，其包括地表面层、设置在地表面层之下的地下层、设置在地表面层之上的凝固装置；在凝固装置中设置有起居处。凝固装置包括底部设置有隔热层的凝固支撑架；在凝固支撑架上设置有凝固镶嵌镂空；在凝固镶嵌镂空上设置有镶嵌空心板，在镶嵌空心板内腔中存有存储纯水；在镶嵌空心板顶部设置有网孔径小于水分子的上呼吸阀；本发明设计合理、结构紧凑且使用方便。

Description

绿色建筑辅助制热系统

技术领域

本发明涉及绿色建筑辅助制热系统及搭建方法，特别适合于高纬度以及极地。

背景技术

目前，高纬度，地理学术语，在地理学意义上是指地球表面南北纬度60度到南北极之间的区域。它是地球表面接受太阳辐射最弱的地带，气候寒冷，例如我国漠河地区、内蒙古根河市及北欧地区，如果采用传统钢结构建筑，因为钢材在低温变脆，影响房屋质量，金属具有良好导热性，房屋保温效果差，需要长时间加热供暖，造成当地环境污染，生活成本上升。有些地区就地取材，利用冰砖建房屋，但是其具有受热后融合，为此不得不多次建造房屋，费时费力，不适合老年人与残疾人。CN201210241926.0提高了一种建造方法，但是其解决地技术问题是最大程度避免了冰建筑对取冰场所的依赖，且大为节省施工成本、施工简便、效率高，同时可以获得多种形状，但是不适合可反复多次生产，结构不稳定，保温效果差。CN201911115888.2虽然提供了一种辅热方式，但是消耗能源多，两者不具有结合条件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种高纬度及极地的绿色建筑辅助制热系统及搭建方法。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种高纬度及极地的绿色建筑辅助制热系统 ，包括地表面层、设置在地表面层之下的地下层、设置在地表面层之上的凝固装置；

在凝固装置中设置有起居处。

作为上述技术方案的进一步改进：

凝固装置包括底部设置有隔热层的凝固支撑架；在凝固支撑架上设置有凝固镶嵌镂空；

在凝固镶嵌镂空上设置有镶嵌空心板，在镶嵌空心板内腔中存有存储纯水；在镶嵌空心板顶部设置有网孔径小于水分子的上呼吸阀，

在镶嵌空心板内腔底部设置有V型的导向坡面，在导向坡面底部设置有下呼吸阀，在镶嵌空心板下表面设置有与下呼吸阀适配的工艺凹槽，在工艺凹槽上设置有工艺槽道，在镶嵌空心板上设置有与凝固支撑架连接的安装定位；

在镶嵌空心板内腔中设置有弹性填充，当水结成冰发送体积膨胀，对弹性填充进行压缩；弹性填充包括带有呼吸阀的气囊、海绵、橡胶球或带有弹簧的气囊；

在凝固装置外侧和/或内侧的地表面层处挖掘有环绕起居处的循环水道，循环水道用于存储凝固装置上冰融化后流下的水；循环水道连通有液相沟槽，在液相沟槽中设置有循环泵，循环泵通过浇筑管道外连接，将循环水道中冰融化后汇集的水喷淋到凝固装置外侧上，下流到拼接缝隙填充并结冰；

在浇筑管道上设置有控制阀。

在凝固装置上有带有外罩门的外罩玻璃组件；在凝固装置上有带有内罩门的内护罩组件；在内护罩组件中设置有起居处；

凝固装置包括凝固门；

内护罩组件包括内护罩支撑架； 在内护罩支撑架上安装有充气气囊；

内护罩支撑架和/或凝固装置的凝固支撑架包括三个支撑底座；在支撑底座上对称设置有支撑铰接头，支撑铰接头连接有支撑底部接杆的根部，在支撑底部接杆的头部设置有支撑底部弹性内键套，相互对接的支撑底部弹性内键套之间设置有底部外键头；

底部外键头包括呈Y型结构且通过转轴铰接的第一铰接座与第二铰接座、以及设置在第一铰接座上且用于与对应支撑底部弹性内键套键连接的外花键头；

在第一铰接座与第二铰接座上分别对应设置有穿键孔，穿键孔之间连接有绳索或光杆；

三个支撑底座、三个底部外键头及六个支撑底部接杆形成底部三角架结构；

在底部三角架结构上方设置有边长小于底部三角架边长的顶部三脚架；顶部三脚架与底部三角架为相似三角形；

顶部三脚架包括三个作为边长的顶部连杆以及三个作为顶点的顶部铰接头；水平面上，顶部铰接头投影位于底部三角架对应边的中心线上；支撑底座投影位于顶部连杆对应边的中心线上；

在顶部铰接头与支撑底座之间通过斜拉杆连接。

在底部三角架结构内设置有辅助支撑件，辅助支撑件包括在底部三角架结构中心处的中心座，在中心座四周连等分有三个连接头，连接头铰接有铰接头，在铰接头上设置有导向座，在导向座上设置有导向槽，在导向槽上滑动设置有导向销，在导向销套装有活动铰接轴的活动变向槽；活动铰接轴通过活动变向槽后在导向销上变向后插入到铰接头与对应的连接头通孔中；

在铰接头通过加强杆组件与对应的底部三角架结构边连接；

加强杆组件包括折叠杆或直连杆。

当为折叠杆时，加强杆组件包括若干作为折叠杆的铰接杆、设置在铰接杆端部的斜交面、垂直设置在斜交面上的斜交中心轴以及活动套装在斜交中心轴之间的外滑套；斜交面与铰接杆轴心线夹角为四十五度；相邻的铰接杆通过对应的斜交面贴合接触，铰接杆绕相邻的斜交中心轴旋转；

在端部的铰接杆上设置有根部座，在底部三角架结构边上设置有调节滑座，调节滑座包括套装在底部三角架结构边上的滑孔，在调节滑座上设置有支撑轴；

在根部座与对应的支撑轴之间连接有斜拉可调螺杆，

在支撑轴之间连接有调节螺杆。

外罩门、凝固门以及内罩门交错或不交错设置；外罩玻璃组件的玻璃为变色玻璃。

在起居处地面上预制有内腔存有处于亚稳态的醋酸钠的过饱和溶液地板垫，在过饱和溶液地板垫上设置有用于增加过饱和溶液地板垫势能的电加热器；

在起居处四周环绕设置有环形隔套。

在地下层设置有供人出入的地下通道以及与地热连通的地热通道；

在地热通道中设置有地热泵组件，根据起居处的温度，调度地热泵组件的供热量；

地下通道进口处设置有供人出入的地下门，

地下通道包括水平设置的地下横向通道，在地下横向通道与地下门）之间设置顶部高于地下通道的至少一组地下下弯道与地下上弯道；

地下下弯道的底部低于地下横向通道，地下上弯道的顶部高于地下横向通道。

一种高纬度及极地的绿色建筑辅助制热系统的搭建方法， 包括以下步骤；

步骤一，首先，在地表面层打地基；然后，挖掘液相沟槽与循环水道并加固；其次，安装循环泵、控制阀与浇筑管道；

步骤二，安装内护罩组件；首先，安装内护罩支撑架；然后，在内护罩支撑架上安装充气气囊并充气；

步骤三，安装凝固装置；首先，搭建凝固支撑架，然后，在凝固镶嵌镂空处通过安装定位安装镶嵌空心板，并确保上呼吸阀位于下呼吸阀上方；

步骤四，安装外罩玻璃组件，确保外罩门为向阳面；

步骤五，首先，在内护罩组件中设定起居处，铺设过饱和溶液地板垫并电加热器接电；然后，在起居处安装环形隔套。

作为上述技术方案的进一步改进：

施工季节为夏季；施工设备包括挖掘机、破碎机、钻机、坑道支护与货车；

在步骤一还包括地下作业步骤； 挖掘地下通道，并通过锚杆或网片支护；挖掘地热通道，安装地热泵组件；

在步骤二中，内护罩组件安装步骤如下：

步骤二一，首先，放置三个支撑底座并与支撑底部接杆铰接；然后，相邻支撑底部弹性内键套连接底部外键头；其次，后退支撑底部弹性内键套使得铰接轴轴心线位于三个支撑底座对应边的中心线后，松开支撑底部弹性内键套，使得支撑底部弹性内键套与外花键头键连接，并通过穿键孔插入销轴或连线将第一铰接座与第二铰接座连接为一体；再次，通过斜拉杆实现支撑底座与顶部三脚架的顶部铰接头连接，确保顶部铰接头投影在支撑底座边中心线上；

步骤二二，底部三角架结构中安装辅助支撑件；首先，在底部三角架结构中心处安装中心座，在中心座的连接头上安装铰接头；然后，逐个将铰接杆绕斜交中心轴旋转为同轴状态；其次，在铰接杆之间的铰接处套装外滑套；

步骤二三，首先，将通过调节螺杆将通过滑孔预安装在支撑底部接杆上的调节滑座的支撑轴连接；然后，通过斜拉可调螺杆将安装在尾部铰接杆上的根部座与对应的支撑轴连接；

在步骤二二中，将活动铰接轴摆动离开导向座，并通过导向槽与导向销将其滑动到连接头与铰接头铰接孔处；通过活动变向槽，将活动铰接轴变向插入到铰接孔中。本发明设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。

附图说明

图1是本发明整体的保证结构示意图。

图2是本发明的结构示意图。

图3是本发明工艺凹槽的结构示意图。

图4是本发明安装定位的结构示意图。

图5是本发明顶部三脚架的结构示意图。

图6是本发明充气气囊的结构示意图。

图7是本发明活动铰接轴的结构示意图。

图8是本发明活动变向槽的结构示意图。

其中：1、地表面层；2、地下层；3、凝固装置；4、凝固门；5、外罩玻璃组件；6、外罩门；7、内护罩组件；8、内罩门；9、地下通道；10、地热通道；11、地下横向通道；12、地下下弯道；13、地下上弯道；14、地下门；15、起居处；16、过饱和溶液地板垫；17、电加热器；18、凝固支撑架；19、凝固镶嵌镂空；20、液相沟槽；21、循环水道；22、循环泵；23、控制阀；24、浇筑管道；25、环形隔套；26、镶嵌空心板；27、存储纯水；28、弹性填充；29、上呼吸阀；30、导向坡面；31、下呼吸阀；32、工艺凹槽；33、工艺槽道；34、安装定位；35、支撑底座；36、支撑铰接头；37、支撑底部接杆；38、支撑底部弹性内键套；39、底部外键头；40、第一铰接座；41、第二铰接座；42、外花键头；43、穿键孔；44、顶部三脚架；45、顶部铰接头；46、斜拉杆；47、充气气囊；48、辅助支撑件；49、中心座；50、铰接头；51、导向座；52、导向槽；53、导向销；54、活动铰接轴；55、活动变向槽；56、斜交面；57、外滑套；58、铰接杆；59、斜交中心轴；60、根部座；61、斜拉可调螺杆；62、调节滑座；63、支撑轴；64、滑孔；65、调节螺杆。

具体实施方式

如图1-8所示，本实施例的高纬度及极地的绿色建筑辅助制热系统 ，主要用于高纬度以及两极等高寒地区，包括地表面层1、设置在地表面层1之下的地下层2、设置在地表面层1之上的凝固装置3；通过其凝固实现低温结冰，利用其的良好绝热型，实现对保温效果，同时实现快速搭建，方便快捷，温度可以达到15℃。

在凝固装置3中设置有起居处15，以供游客、边防战士、野外工作人员居住。

凝固装置3包括底部设置有隔热层的凝固支撑架18；在凝固支撑架18上设置有凝固镶嵌镂空19；优选耐低温材料，可以采用木材、高分子合成材料等通用材料。

在凝固镶嵌镂空19上设置有镶嵌空心板26，优选透明材料，在镶嵌空心板26内腔中存有存储纯水27；在镶嵌空心板26顶部设置有网孔径小于水分子的上呼吸阀29，从而保证内外压力平衡，避免因为结冰化水引起体积变化，水取材方便，可以现场从河流、积雪等取水灌装，携带方便，不需要的时候，防水即可。

在镶嵌空心板26内腔底部设置有V型的导向坡面30，在导向坡面30底部设置有下呼吸阀31，在镶嵌空心板26下表面设置有与下呼吸阀31适配的工艺凹槽32，在工艺凹槽32上设置有工艺槽道33，从而实现压力平衡，结冰一般是从底部向上部结冰，通过底部实现透气，通过槽道实现各个模块空心板透气在镶嵌空心板26上设置有与凝固支撑架18连接的安装定位34；方便连接。

在镶嵌空心板26内腔中设置有弹性填充28，当水结成冰发送体积膨胀，对弹性填充28进行压缩；弹性填充28包括带有呼吸阀的气囊、海绵、橡胶球或带有弹簧的气囊；当水结成冰，利用对填充弹性的挤压，实现补偿结冰后的膨胀体积。气囊可以携带配重，从而下沉实现对结冰对底部空间的影响。

在凝固装置3外侧和/或内侧的地表面层1处挖掘有环绕起居处15的循环水道21，循环水道21用于存储凝固装置3上冰融化后流下的水；循环水道21连通有液相沟槽20，在液相沟槽20中设置有循环泵22，循环泵22通过浇筑管道24外连接，将循环水道21中冰融化后汇集的水喷淋到凝固装置3外侧上，下流到拼接缝隙填充并结冰；实现了将融化后的水进行收集，从而避免起居处潮湿，从而对水的存储，利用其高比热容实现对能量的存储与平衡，并喷淋到凝固装置上，实现对放热，降低温度降低速度，保证凝固装置间隙处被冰冻密封，不用的时候，管中液体排空。

在浇筑管道24上设置有控制阀23，实习控制内循环还是喷淋。

在凝固装置3上有带有外罩门6的外罩玻璃组件5；在凝固装置3上有带有内罩门8的内护罩组件7；在内护罩组件7中设置有起居处15；从而实现二次空腔隔离保温。

凝固装置3包括凝固门4；一般是密封，而不启用。

内护罩组件7包括内护罩支撑架；从而实现快速搭建，拆装方便，携带占用体积小，在内护罩支撑架上安装有充气气囊47；利用空气隔热，从而减少与隔绝起居处人体热量释放而对凝固装置的影响。

作为一种快速携带拆装，占地面积小的发明，内护罩支撑架，凝固装置3的凝固支撑架18包括三个支撑底座35；在支撑底座35上对称设置有支撑铰接头36，支撑铰接头36连接有支撑底部接杆37的根部，在支撑底部接杆37的头部设置有支撑底部弹性内键套38，相互对接的支撑底部弹性内键套38之间设置有底部外键头39；从而实现快速连接为三角形结构

底部外键头39包括呈Y型结构且通过转轴铰接的第一铰接座40与第二铰接座41、以及设置在第一铰接座40上且用于与对应支撑底部弹性内键套38键连接的外花键头42；通过转轴变化方向，可以利用转轴实现折叠与打开支撑，方便快捷。

在第一铰接座40与第二铰接座41上分别对应设置有穿键孔43，穿键孔43之间连接有绳索或光杆；从而进一步提高结构的稳定性。

三个支撑底座35、三个底部外键头39及六个支撑底部接杆37形成底部三角架结构；

在底部三角架结构上方设置有边长小于底部三角架边长的顶部三脚架44；顶部三脚架44与底部三角架为相似三角形；

顶部三脚架44包括三个作为边长的顶部连杆以及三个作为顶点的顶部铰接头45；水平面上，顶部铰接头45投影位于底部三角架对应边的中心线上；支撑底座35投影位于顶部连杆对应边的中心线上；从而具有更高的稳定性，具有更大的空间，气囊具有安装灵活性，可调节性与任意性。

在顶部铰接头45与支撑底座35之间通过斜拉杆46连接。空间更大，结构更加结实。

为了提高结构的稳定性，在底部三角架结构内设置有辅助支撑件48，辅助支撑件48包括在底部三角架结构中心处的中心座49，在中心座49四周连等分有三个连接头，连接头铰接有铰接头50，在铰接头50上设置有导向座51，在导向座51上设置有导向槽52，在导向槽52上滑动设置有导向销53，在导向销53套装有活动铰接轴54的活动变向槽55；活动铰接轴54通过活动变向槽55后，在导向销54上变向后插入到铰接头50与对应的连接头通孔中；采用人字形结构，辅助支撑三角形结构。

在铰接头50通过加强杆组件与对应的底部三角架结构边连接；

作为通用件，加强杆组件包括折叠杆或直连杆。

当为折叠杆时，加强杆组件包括若干作为折叠杆的铰接杆58、设置在铰接杆58端部的斜交面56、垂直设置在斜交面56上的斜交中心轴59以及活动套装在斜交中心轴59之间的外滑套57；斜交面56与铰接杆58轴心线夹角为四十五度；相邻的铰接杆58通过对应的斜交面56贴合接触，铰接杆58绕相邻的斜交中心轴59旋转；作为本发明一个创新，利息斜交面旋转特性，实现同轴夹持，通过垂直方向折叠，并通过外滑套实现对斜交处进行外支撑加固。携带占用面积小。

在端部的铰接杆58上设置有根部座60，在底部三角架结构边上设置有调节滑座62，调节滑座62包括套装在底部三角架结构边上的滑孔64，在调节滑座62上设置有支撑轴63；

在根部座60与对应的支撑轴63之间连接有斜拉可调螺杆61，

在支撑轴63之间连接有调节螺杆65。从而具有更好的调节性与通用性。

外罩门6、凝固门4以及内罩门8交错或不交错设置；外罩玻璃组件5的玻璃为变色玻璃。当外部光线好的时候，变色玻璃为透明实现阳光的射入。三个门重合设置，方便人进入，结构简单，但是热损失大，通过三个门交错，减少冷气的进入。

在起居处15地面上预制有内腔存有处于亚稳态的醋酸钠的过饱和溶液地板垫16，在过饱和溶液地板垫16上设置有用于增加过饱和溶液地板垫势能的电加热器17；可以外置光伏板，进行充电，对起居处进行照与加热。

在起居处15四周环绕设置有环形隔套25，实现了阻挡冷气从底部进入。

在地下层2设置有供人出入的地下通道9以及与地热连通的地热通道10；实现对地热的利用。

在地热通道10中设置有地热泵组件，根据起居处15的温度，调度地热泵组件的供热量；起居温度可满足正常起居。

地下通道9进口处设置有供人出入的地下门14，采用地下通道，具有隐蔽性与更好的保温效果。

地下通道9包括水平设置的地下横向通道11，在地下横向通道11与地下门14）之间设置顶部高于地下通道9的至少一组地下下弯道12与地下上弯道13；从而利用冷气流下沉与热气流上升实现对隔热。

地下下弯道12的底部低于地下横向通道11，地下上弯道13的顶部高于地下横向通道11。

本实施例的高纬度及极地的绿色建筑辅助制热系统的搭建方法， 包括以下步骤；

步骤一，首先，在地表面层1打地基；然后，挖掘液相沟槽20与循环水道21并加固；其次，安装循环泵22、控制阀23与浇筑管道24；

步骤二，安装内护罩组件7；首先，安装内护罩支撑架；然后，在内护罩支撑架上安装充气气囊47并充气；

步骤三，安装凝固装置3；首先，搭建凝固支撑架18，然后，在凝固镶嵌镂空19处通过安装定位34安装镶嵌空心板26，并确保上呼吸阀29位于下呼吸阀31上方；

步骤四，安装外罩玻璃组件5，确保外罩门6为向阳面；

步骤五，首先，在内护罩组件7中设定起居处15，铺设过饱和溶液地板垫16并电加热器17接电；然后，在起居处15安装环形隔套25。

施工季节为夏季；施工设备包括挖掘机、破碎机、钻机、坑道支护与货车；

在步骤一还包括地下作业步骤； 挖掘地下通道9，并通过锚杆或网片支护；挖掘地热通道10，安装地热泵组件；

在步骤二中，内护罩组件7安装步骤如下：

步骤二一，首先，放置三个支撑底座35并与支撑底部接杆37铰接；然后，相邻支撑底部弹性内键套38连接底部外键头39；其次，后退支撑底部弹性内键套38使得铰接轴轴心线位于三个支撑底座35对应边的中心线后，松开支撑底部弹性内键套38，使得支撑底部弹性内键套38与外花键头42键连接，并通过穿键孔43插入销轴或连线将第一铰接座40与第二铰接座41连接为一体；再次，通过斜拉杆46实现支撑底座35与顶部三脚架44的顶部铰接头45连接，确保顶部铰接头45投影在支撑底座35边中心线上；

步骤二二，底部三角架结构中安装辅助支撑件48；首先，在底部三角架结构中心处安装中心座49，在中心座49的连接头上安装铰接头50；然后，逐个将铰接杆58绕斜交中心轴59旋转为同轴状态；其次，在铰接杆58之间的铰接处套装外滑套57；

步骤二三，首先，将通过调节螺杆65将通过滑孔64预安装在支撑底部接杆37上的调节滑座62的支撑轴63连接；然后，通过斜拉可调螺杆61将安装在尾部铰接杆58上的根部座60与对应的支撑轴63连接；

在步骤二二中，将活动铰接轴54摆动离开导向座51，并通过导向槽52与导向销53将其滑动到连接头与铰接头50铰接孔处；通过活动变向槽55，将活动铰接轴54变向插入到铰接孔中。

本发明解决了高寒地区冬季保温问题，低碳绿色，拆装方便，便于携带，通过水箱存储实现利用水的自然特性来隔热，同时对水的存储，天气热的时候，冰化水，吸热；天冷时候，水结冰，释放热量，解决传统 冰砖溶化后水外流浪费的弊端。同时利用回水实现对缝隙的填充，通过二次隔离实现保温，通过变色玻璃实现保温与释放，利用转轴实现支撑，利用斜面实现折叠与打开。

本发明充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不再一一列举。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1. 一种高纬度及极地的绿色建筑辅助制热系统 ，其特征在于：包括地表面层（1）、设置在地表面层（1）之下的地下层（2）、设置在地表面层（1）之上的凝固装置（3）；

在凝固装置（3）中设置有起居处（15）；

凝固装置（3）包括底部设置有隔热层的凝固支撑架（18）；在凝固支撑架（18）上设置有凝固镶嵌镂空（19）；

在凝固镶嵌镂空（19）上设置有镶嵌空心板（26），在镶嵌空心板（26）内腔中存有存储纯水（27）；在镶嵌空心板（26）顶部设置有网孔径小于水分子的上呼吸阀（29），

在镶嵌空心板（26）内腔底部设置有V型的导向坡面（30），在导向坡面（30）底部设置有下呼吸阀（31），在镶嵌空心板（26）下表面设置有与下呼吸阀（31）适配的工艺凹槽（32），在工艺凹槽（32）上设置有工艺槽道（33），在镶嵌空心板（26）上设置有与凝固支撑架（18）连接的安装定位（34）；

在镶嵌空心板（26）内腔中设置有弹性填充（28），当水结成冰发送体积膨胀，对弹性填充（28）进行压缩；弹性填充（28）包括带有呼吸阀的气囊、海绵、橡胶球或带有弹簧的气囊；

在凝固装置（3）外侧和/或内侧的地表面层（1）处挖掘有环绕起居处（15）的循环水道（21），循环水道（21）用于存储凝固装置（3）上冰融化后流下的水；循环水道（21）连通有液相沟槽（20），在液相沟槽（20）中设置有循环泵（22），循环泵（22）通过浇筑管道（24）外连接，将循环水道（21）中冰融化后汇集的水喷淋到凝固装置（3）外侧上，下流到拼接缝隙填充并结冰；

在浇筑管道（24）上设置有控制阀（23）。

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